LED背光液晶電視區(qū)域調(diào)光技術(shù)

傳統(tǒng)CRT電視因是平面光源，其發(fā)光要么整片點(diǎn)亮，要么整片變暗，無(wú)法實(shí)現(xiàn)按畫(huà)面分區(qū)域調(diào)光。液晶電視顯示部分主要包括背光源和液晶顯示單元，其中背光源主要采用直線光源CCFL和點(diǎn)光源LED，這就為實(shí)現(xiàn)區(qū)域調(diào)光提供了可能。而液晶電視的背光是整機(jī)耗能最大的部分，所以通過(guò)各種方式調(diào)節(jié)背光亮度實(shí)現(xiàn)節(jié)能且提升畫(huà)質(zhì)的技術(shù)一直是業(yè)界不斷攻克的難題。

液晶電視推出初期，其背光亮度是固定或用戶通過(guò)菜單手動(dòng)調(diào)節(jié)的，這與CRT的平面光源類似，要么整片變亮，要么整片變暗。而CCFL是直線光源，所以分區(qū)調(diào)節(jié)在技術(shù)上是可行的，隨著液晶電視逐漸占據(jù)市場(chǎng)主流，背光源亮度區(qū)域調(diào)節(jié)技術(shù)也得到迅速發(fā)展，經(jīng)0次元（0D） Dimming、1次元（1D）Dimming發(fā)展到當(dāng)前的2次元（2D）Dimming。

背光區(qū)域調(diào)節(jié)技術(shù)

液晶電視背光區(qū)域調(diào)節(jié)技術(shù)即Local dimming技術(shù)，是指液晶電視系統(tǒng)將圖像信號(hào)分成若干區(qū)域，并根據(jù)各區(qū)域圖像亮度進(jìn)行分析計(jì)算，然后自動(dòng)控制各區(qū)域背光源的亮暗。

0D Dimming：指液晶電視系統(tǒng)對(duì)整個(gè)電視畫(huà)面統(tǒng)一調(diào)節(jié)亮度，無(wú)論是CCFL背光源還是LED背光源，所有的CCFL燈管或LED在同一場(chǎng)畫(huà)面下亮度一樣，由系統(tǒng)統(tǒng)一控制，當(dāng)下一場(chǎng)畫(huà)面亮度變暗或變亮?xí)r，系統(tǒng)再自動(dòng)將背光統(tǒng)一調(diào)暗或調(diào)亮。一般算法是用軟件計(jì)算整個(gè)畫(huà)面的平均亮度，根據(jù)平均亮度的大小去調(diào)節(jié)背光亮暗。例如當(dāng)全黑畫(huà)面（如圖1.1）時(shí)CPU自動(dòng)將背光亮度調(diào)至最暗，而當(dāng)全白畫(huà)面（如圖1.2）時(shí)CPU自動(dòng)將背光亮度調(diào)至最亮。0D Dimming的缺點(diǎn)是統(tǒng)一調(diào)節(jié)不夠準(zhǔn)確，如當(dāng)同一畫(huà)面中出現(xiàn)純白和純黑的畫(huà)面時(shí)（如圖1.3上下黑中間白畫(huà)面），系統(tǒng)CPU計(jì)算平均亮度后將背光亮度調(diào)至中間偏小處，這將導(dǎo)致純白的地方不夠亮，而純黑的地方則不夠黑。因此嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，0D Dimming不算區(qū)域調(diào)光。

1D Dimming：英文也叫l(wèi)ine dimming，顧名思義就是按線調(diào)節(jié)。對(duì)CCFL背光源而言，它將按每個(gè)燈管調(diào)節(jié)，或?qū)⒖偀艄軘?shù)按相鄰燈管分成若干組按組調(diào)節(jié)；對(duì)于直下式LED而言，則是按每行LED調(diào)節(jié)，或?qū)⑾噜徯蠰ED分組按組分別調(diào)節(jié)。如圖1.3畫(huà)面，CPU會(huì)按區(qū)域計(jì)算各區(qū)域平均亮度，可以將上、下部分的燈管或LED調(diào)暗或關(guān)斷，而將中間的燈管或LED調(diào)至最亮。1D Dimming比0D Dimming在技術(shù)上有了很大提升，以此來(lái)調(diào)節(jié)背光亮度可以很大程度地降低液晶電視能耗，提升畫(huà)面對(duì)比度。然而當(dāng)其遇到如圖1.4這種在同一行中有黑白交錯(cuò)的畫(huà)面時(shí)，又會(huì)出現(xiàn)同一行畫(huà)面亮度調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確的情況。

2D Dimming：即Local dimming，是指將整個(gè)畫(huà)面按矩陣式分成若干個(gè)區(qū)域，CPU根據(jù)每個(gè)區(qū)域分布計(jì)算平均亮度，對(duì)各區(qū)域的亮度獨(dú)立控制，這樣就可以完美解決如圖1.4畫(huà)面在1D Dimming下出現(xiàn)的問(wèn)題。

但是，早期液晶電視主要采用CCFL背光，屬于直線光源發(fā)光方式。以32英寸TV用LCD面板為例，大部分需使用12根CCFL燈管，若真的要做到Local Dimming，最多也只能劃分為12個(gè)區(qū)塊，且CCFL光源最大問(wèn)題是點(diǎn)滅速度不夠快，若強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)其開(kāi)關(guān)的速度，則會(huì)減損燈管壽命，因此CCLF背光源無(wú)法做到矩陣式按區(qū)域調(diào)節(jié)亮度。

2009年，液晶電視市場(chǎng)掀起LED背光潮，即液晶電視的背光采用LED。LED體積小巧，屬于點(diǎn)光源，它為實(shí)現(xiàn)真正的區(qū)域調(diào)光技術(shù)提供了可能。以主流的側(cè)背光為例，其LED燈分布在液晶屏的四周，而系統(tǒng)對(duì)LED燈的控制可以按矩陣式區(qū)域控制，如圖2所示。

2D區(qū)域調(diào)光的優(yōu)點(diǎn)

2D Dimming能對(duì)LCD背光源作不同區(qū)域、不同程度明暗變化的調(diào)節(jié)，可大幅降低耗電量，提高顯示畫(huà)面對(duì)比度，增加灰階數(shù)，減少殘影，提升LCD顯示器畫(huà)質(zhì)，是最佳的區(qū)域調(diào)光技術(shù)。

為何2D Dimming區(qū)域控制可大幅降低LCD顯示器耗電量？這是因?yàn)椴徽撈矫婀庠?、直線光源CCFL還是EEFL，其背光源一般都處在全亮狀態(tài)，而當(dāng)顯示暗態(tài)畫(huà)面時(shí)則通過(guò)降低液晶穿透率來(lái)實(shí)現(xiàn)，故它們對(duì)于降低耗電量沒(méi)有幫助。與之相對(duì)，2D Dimming在顯示暗態(tài)畫(huà)面時(shí)，LED亮度隨之降低，故可減少整體背光源的耗電量。日本電氣通信大學(xué)針對(duì)不同型態(tài)背光源測(cè)量同一顯示畫(huà)面耗電量，測(cè)量結(jié)果顯示：倘若0D Dimming平均耗電量為100%，2D Dimming型態(tài)背光源平均耗電量?jī)H43%。

2D Dimming區(qū)域控制除了可降低耗電量，也可改善LCD顯示器畫(huà)質(zhì)表現(xiàn)。因?yàn)?D Dimming可以對(duì)區(qū)域亮度獨(dú)立控制，而傳統(tǒng)平面背光源只能整片點(diǎn)亮，故2D Dimming可大幅提高畫(huà)面的動(dòng)態(tài)對(duì)比度。

LED光源快速點(diǎn)滅特性對(duì)于LCD顯示器運(yùn)動(dòng)拖尾也大有改善。傳統(tǒng)CCFL背光源因持續(xù)點(diǎn)亮緣故，以移動(dòng)中的人眼球看去會(huì)有晃動(dòng)、拖影感覺(jué)；當(dāng)LED背光源模擬CRT顯示器脈沖式發(fā)光，即背光源也采用間歇性點(diǎn)滅方式，LED背光在極短時(shí)間關(guān)斷時(shí)可遮住快速移動(dòng)物體所產(chǎn)生的拖影畫(huà)面，故所呈現(xiàn)畫(huà)質(zhì)較為清楚。

2D區(qū)域調(diào)光面臨的難題及機(jī)遇

面提到的2D Dimming技術(shù)需要CPU同時(shí)去分析一個(gè)圖像多個(gè)區(qū)域的亮度，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果分別控制各區(qū)域亮度，實(shí)質(zhì)是通過(guò)控制LED驅(qū)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)各區(qū)域LED燈的亮暗。軟件對(duì)圖像分析的算法對(duì)CPU性能是一個(gè)考驗(yàn)，LED驅(qū)動(dòng)時(shí)序控制在設(shè)計(jì)上也是難題，倘若時(shí)序控制不當(dāng)，容易造成LED燈燒壞。

目前液晶電視主芯片較少具有2D local dimming功能，這樣整機(jī)在設(shè)計(jì)2D local dimming時(shí)需要外加DSP，且分區(qū)越多LED驅(qū)動(dòng)使用越多，算法和時(shí)序控制越復(fù)雜，這大大增加了整機(jī)的成本，所以當(dāng)前市場(chǎng)上的液晶電視使用2D local dimming功能還比較少。

隨著技術(shù)的發(fā)展，逐漸有一些60Hz轉(zhuǎn)120Hz的FRC芯片將2D local dimming算法集成進(jìn)來(lái)，并提供相應(yīng)接口，且一般為SPI接口，因此對(duì)于120Hz LED背光液晶電視而言，實(shí)現(xiàn)2D local dimming功能只需增加LED驅(qū)動(dòng)器成本，從而使得功能模塊成本大大降低，這對(duì)該技術(shù)在120Hz液晶電視上的普及帶來(lái)了機(jī)遇。然而120Hz屏比60Hz屏貴很多，基于成本原因，目前市場(chǎng)上占主流的液晶電視還是60Hz液晶電視，而60Hz屏又不需要用到FRC芯片，因此2D local dimming功能規(guī)?；€比較困難。